空间太阳能电站发展综述及对构建全球能源互联网的影响
能源和环境问题是关系到国家政治、经济和安全的重大战略问题。空间太阳能电站作为一种能够大规模稳定利用太阳能的方式，日益受到世界主要航天大国的高度关注。随着空间技术和相关技术领域的快速进步，空间太阳能电站有可能成为实现可再生能源战略储备的重要手段。
一、空间太阳能电站概述
空间太阳能电站（SPS），也称为太空发电站，是指在空间将太阳能转化为电能，再通过无线能量传输方式传输到地面的电力系统（图1），也包括直接将太阳光反射到地面、在地面进行发电的系统。
图1 空间太阳能电站示意图
相对于地面太阳能光伏发电，空间太阳能发电具有明显的效率优势。据中国空间技术研究院副院长、研究员李明介绍，由于太空的太阳辐射每平方米可以达到1353瓦，是地面的5倍以上，在地球同步轨道，99%的时间可以接受太阳能辐射。如果在地球同步轨道上部署宽度为1000米的太阳能电池阵环带，以转换效率100%计算，从理论上说，其1年接受的太阳能辐射，可以为地球可知开采石油储能的能量总和。
随着世界能源供需矛盾和环境保护问题日益突出，国际上开展了广泛的空间太阳能电站技术的研究，目前已经提出了几十种概念方案，并且在无线能量传输等关键技术方面开展了重点研究。近年来，太阳能电池发电效率、微波转化效率以及相关的空间技术取得了很大进步，为未来空间太阳能电站的发展奠定了良好的基础。虽然空间太阳能电站没有不可逾越的技术原理问题，但作为一个非常宏大的空间系统，其发展还存在许多核心技术难题，需要开展系统的研究工作，以取得突破性进展。
二、空间太阳能电站的最新进展
2.1 国外发展概况
空间太阳能电站的应用前景引起了国际上的广泛关注，以美国、日本等为代表的多个国家对于空间太阳能电站开展了长期的研究工作。21世纪以来，越来越多的国家、组织、企业和个人都开始关注
空间太阳能这种取之不尽的巨大空间能源。
（1）美国
美国是在SPS领域投入资金最多的国家，也是研究最长的国家，推出了众多创新性的概念方案和技术，虽然未列入正式的国家发展计划，但得到了持续的关注和支持。
20 世纪70 年代末，美国能源部和美国航空航天局( NASA) 耗资5000 万美元开展SPS 系统和关键技术研究，完成第一个详细的SPS 方案——5GW的1979 参考系统。1995 年，NASA 开始重新评估空间太阳能电站的可行性。1999 年，NASA 投资2200万美元开展了“空间太阳能发电的探索研究和技术计划( SERT) ”研究。该计划提出了空间太阳能电站的发展路线图，并提出了集成对称聚光系统等新概念。2007 年，美国国防部发表了“空间太阳能电站作为战略安全的机遇”中期报告，引发了新一轮的空间太阳能电站的研究热潮。2009 年，美国PG＆E 公司宣布与Solaren 公司签署了正式购买200MW SPS 电力的协议，成为世界第一个SPS 购电协议。
（2）日本
日本是第一个将SPS正式列入国家航天计划的国家，提出了正式的发展路线图（图2），得到了长期持续的关注和发展。虽然投入有限，但在无线能量传输等领域处于世界先进水平。
图2 日本空间太阳能电站发展路线图（2011年）
从20 世纪80 年代起，日本就成立了特别委员会，组织数百名科学家参加了15 个技术工作组，开始研究SPS 概念方案和关键技术。2009 年，日本宣布以三菱公司为主的集团将在2030 ～2040 年间建设世界第一个GW级的商业SPS 系统，总投资额将超过200 亿美元。根据2011 年日本公布的最新发展路线图，日本SPS 发展将分为3 个阶段。
第一阶段: 研究阶段，2020 年前
2012 年前完成1kW 级地面无线能量传输试验。微波无线传输功率为1. 6kW，传输距离50m。激光无线传输功率为1kW，传输距离500m。2015年利用小卫星或国际空间站JEM 舱开展低轨无线能量传
输验证，微波无线能量传输功率为kW 级。
第二阶段: 研发阶段，2030 年前
选择无线能量传输方式，开展100kW 系统验证，预期地面接收能量为10kW。研发2 ～200MW级系统。2MW 系统为商业系统的一个完整的模块单元( 2024 年) ，200MW 系统为商业系统的1 /5 缩比模型( 2030 年前) ，为最终的验证系统。
第三阶段: 商业阶段
2035 年前后，实现1GW 的商业系统。
根据2013年日本最新公布的航天基本计划，空间太阳能发电研究开发项目列入七大重点发展领域，并且作为国家三个长期支持的重点研究领域之一（其它两个为空间科学和深空探测领域、载人空间活动领域）。
（3）其他国家
欧空局、加拿大、俄罗斯等国及相关国际组织非常关注该领域的发展，提出一些新概念，并重点在无线能量传输、超轻大型空间结构等先进技术方面开展研究工作。2007年，国际无线电科学联盟（URSI）正式发布“URSI空间太阳能发电卫星（SPS）白皮书”。2011年10月，国际宇航科学院组织的国际联合工作组正式发表“空间太阳能电站——第一次国际评估：机遇、问题及可能的发展途径”研究报告。2.2 我国发展概况
2006年7月，中国航天科技集团公司组织进行了“空间太阳能电站发展必要性及概念研究”研讨。2008年，国防科工局启动“我
国空间太阳能电站概念和发展思路研究”项目的研究工作。2010年，由中国空间技术研究院王希季、闵桂荣等七位院士牵头开展中国科学院学部咨询评议项目——空间太阳能电站技术发展预测和对策研究。2010年，中国空间技术研究院组织召开首次“全国空间太阳能电站发展技术研讨会”，多位院士和近百位专家参加。2014年5月，“空间太阳能电站发展的机遇与挑战”香山科学会议召开，多个领域的专家研讨了发展空间太阳能电站的重大科学问题和发展建议。国际上也非常关注中国在此领域的发展。利用国际会议和交流机会，我国与美国、日本、欧洲和俄罗斯的专家开展了广泛深入的技术研讨。2013年，国际宇航大会在北京召开，中国专家应邀作了“21世纪人类的能源革命——空间太阳能发电”的空间发电分会主旨发言，葛昌纯院士作为特邀专家代表中国参加空间太阳能发电论坛。
在相关研究的基础上，“十二五”期间，在国防科工局等的支持下，国内有更多的研究团队开展了相关研究工作。包括中国航天科技集团公司、中国工程物理研究院、西安电子科技大学、重庆大学、四川大学、北京理工大学、哈尔滨工业大学、北京科技大学和中科院长春光机所等单位，开展了空间太阳能电站系统方案和多项与空间太阳能电站相关的关键技术研究工作。在中国航天科技集团公司原总经理马兴瑞指示下，中国空间技术研究院于2013年6月论证形成《系统谋划，加快推进中国空间太阳能电站领域发展》的研究报告，提出了我国SPS发展路线初步建议。2013年，杨士中院士和段宝岩院士向国家建议开展太空发电站关键技术研究，引起了相关部门的重视，正
在组织开展其发展论证工作。
今年3月6日，国航天科技集团五院载人飞船系统总设计师张柏楠在全国两会期间向记者透露，五院“钱学森空间技术实验室”团队已开展太阳能电站具体研究工作，目前正处于研究试验阶段。
三、空间太阳能电站关键技术与类型
通过对十几种空间太阳能电站概念进行分析和比较，可从运行轨道、构型、无线能量传输方式、发电方式、电源管理等几个主要方面对于空间太阳能电站进行分类(表1) 。空间太阳能电站概念的发展重点是以轻型化、模块化等为目标，重点解决系统的控制、大功率电力管理、散热等难题。
表1 空间太阳能电站概念的比较
3.1 运行轨道
空间太阳能电站可能的运行轨道包括: LEO( 低地球轨道) 、GEO( 地球静止轨道) 、SSO( 太阳同步轨道) 、L1( 太阳-地球第一拉
格朗日点) 、月球及行星环绕轨道等。
低地球轨道的优点是轨道高度较低、发射或接收天线面积较小、运输成本较低、可利用空间站进行组装维护; 缺点是每个轨道内需经历较大的阴影期，无法实现连续供电，地面需多个接收站与之配合，运行控制和姿态轨道维持较为复杂。低地球轨道较适于小型试验系统。
太阳同步轨道可较好地保持太阳电池阵的对日定向和发射天线的对地球定向，全年的大部分时间均可连续工作; 缺点是地面需要非常多的接收站与之配合，才能实现连续供电，控制非常复杂。
地球同步轨道是空间太阳能电站的最佳运行轨道，可以很好地实现与地面接收站间的定点传输，易于实现太阳电池阵的对日定向和发射天线的对地定向，全年的大部分时间均可连续工作; 缺点是轨道高度高、距离地球远，因此发射天线和接收天线面积大、运输成本高、维护困难。
日地L1 点轨道作为日地第一平动点，仅需很小的姿态控制即可实现太阳电池阵的对日定向和发射天线的对地球定向; 缺点是距离地球远( 约150 万km) ，发射天线面积大、运输成本高、维护困难，且地面需多个接收站与之配合。
月球及行星环绕轨道主要用于月球和行星( 火星) 探索的供电。目前已提出基于行星环绕轨道的供电方案，为行星表面移动目标、极地阴影区探测器和行星基地供电。
国际上也提出了利用月球表面建立月球空间太阳能电站的构想。从目前的轨道分析，大规模能源利用最优的空间太阳能电站运行轨道
为GEO 轨道，但空间太阳能电站构建的关键在轨组装过程，应从运载能力和装配能力角度考虑LEO 和GEO 两种轨道。
3. 2 结构型式
空间太阳能电站从构型角度可分为两大类: 一类是聚光空间太阳能电站概念，保持聚光器对日定向，并利用聚光器改变太阳光的方向，入射到太阳电池阵上; 另一类是非聚光空间太阳能电站概念，利用旋转机构保持太阳电池阵列对太阳指向或不对太阳定向。
非聚光空间太阳能电站的代表为1979 SPS 基准系统。系统配置相对简单，易于扩展功率水平，但也存在一些难题，特别是高功率传输和电源管理的挑战。其主要技术特点包括: ①构型简单，太阳电池阵适合采用较轻的薄膜太阳电池; 通过增加太阳电池阵列模块可轻松实现功率的扩展; ②需采用高功率旋转机构，维持太阳电池阵指向太阳; ③将电能从太阳电池阵传输到微波器件，需大量的输电电缆进行远距离、大功率的电力传输，会产生较大的功率损耗。
聚光空间太阳能电站是空间太阳能电站发展的新方向，典型代表为最新提出的聚光系统方案。主要技术特点包括: ①采用聚光系统确保发射天线对地球定向的同时，入射太阳光可反射到太阳电池表面;
②消除了高功率导电旋转机构; ③采用高效率聚光电池，减小电池阵的面积; ④采用夹层结构很好地解决了长距离电力传输问题; ⑤由于增加了聚光系统，通常包括主聚光器和二级聚光器以及支撑结构，构型和控制变得非常复杂，系统规模很难扩展; ⑥在高聚光比情况下系
统散热将成为一个重要问题，需采用高温部件。
3. 3 太阳能发电技术
太阳能发电技术是影响空间太阳能电站整个系统的效率、尺寸、重量和截面积的主要因素，重点是要提高发电效率、比功率和增加寿命( 30a 以上) 。主要考虑太阳能光伏发电系统和太阳能热动力发电系统两种方式。太阳能热动力发电系统从未在空间中应用，故不以此作为主要候选方式。光伏发电技术成熟，在空间应用超过50a，随着太阳电池效率的逐步提高，光伏发电系统成为空间太阳能电站研究的主要选用方式。
空间太阳能发电系统追求较高的光电转化效率和较高的功率/质量比。而对于不同的空间太阳能电站概念方案，需选取不同的太阳能光伏发电技术，分析多种SPS 概念认为可主要选择两种光伏电池，一是适用于非聚光空间太阳能电站系统的薄膜太阳电池，其质量轻、成本低，但效率低，导致电池阵面积较大，目前的重点研究方向为适应空间环境的铜铟镓硒薄膜电池; 另一种是适用于聚光空间太阳能电站系统的聚光太阳电池，其效率较高，所需的太阳电池面积较小，可采用具有高效率的聚光多结砷化镓太阳电池，国际上的应用目标是光电转换效率达到45%以上，成本可降至目前的一半。对于聚光太阳电池的应用，难题在于需要和高性能的聚光和散热系统，且保持器件在高温下的性能。
3. 4 无线能量传输技术
无线能量传输技术是空间太阳能电站的技术基础。主要包括两种技术，即微波无线能量传输技术( MPT) 和激光无线能量传输技术( LPT) ，两种技术的对比详见表2。
表2 无线能量传输技术的比较
微波无线能量传输是指从空间到地面利用微波的方式进行能量传输。为了使微波能更高效地在大气中传输，一般使用不受云、雨等气象条件影响的工业、科学和医疗( ISM) 频带 2. 45GHz 或 5. 8GHz( 波长0. 12m 或0. 05m) 的微波频率。激光无线能量传输是指将太阳光直接泵浦激光或太阳光发电后再转化成的激光传输到地面，利用光电转换装置将接收到的激光转换为电力或直接分解海水制造氢气。
微波传输和激光传输的主要区别在于波长的不同，它们之间有约5 个数量级的差异，这决定了两者的主要差别。微波无线能量传输技
术具有较高的转化传输效率，最大的优势是大气、云层穿透性好且安全性较好，但其波束宽、天线尺寸较大。激光无线能量传输技术效率较低，受天气影响大，存在较大的安全隐患，但灵活性更强、波束窄，更适合于空间目标间的无线能量传输。
微波无线能量传输技术被认为是较为成熟的技术，可行性更高，是空间太阳能电站研究的重点。激光无线能量传输技术由于其在灵活供电和直接制氢方面的优势，也被认为是一个重要的候选方案，需合理选择频率来减小大气损耗。
3. 5 电源管理与分配技术
作为一个空间的超大功率系统，空间太阳能电站的电源管理和分配技术( PMAD) 是最重要的技术之一。基于不同的概念方案，空间太阳能电站的电源管理和分配方式总体分为两类，集中式PMAD 和分布式PMAD。
集中式PMAD 是指由太阳电池阵发出的电能需集中到一个连接点( 如高功率旋转机构，如图3) ，然后集中的电能根据需求进行变换并分配到微波装置，该技术适合于非聚光空间太阳能电站概念。采取集中式PMAD 的空间太阳能电站概念包括1979年参考系统、太阳塔、太阳盘等。
图3 集中式电源管理与分配方式
集中式PMAD 的优点是通过大功率旋转机构集中供电，便于实现太阳电池阵的对日定向，可保证整个系统较高的效率; 太阳电池阵的面积可根据系统需求扩大，易于实现大功率空间太阳能电站系统，较适合采用较轻的、较低成本的薄膜式太阳电池，便于提供从LEO 到GEO 轨道运输所需的大功率电能。其缺点是超大功率( GW 级) 的空间旋转机构技术实现难度极大。由于太阳阵面积极大，将太阳电池阵的电力传输到旋转机构需远距离的传输导线，电力损耗大，所需导线较重，可考虑采用超导传输方式。
分布式PMAD是指由太阳电池阵产生的电能无需集中到一起，每个发电子阵产生的电能可直接进行变换并分配到对应的微波器件模块（图4），主要用于三明治结构，适合于聚光空间太阳能电站概念。采用分布式PMAD 的SPS 概念包括SPS2001、集成对称聚光系统等。
图4 分布式电源管理与分配方式
分布式PMAD 的优点是无需采用大功率旋转机构，解决了空间太阳能电站最大的技术难题之一;采用分布式供电，避免了单点失效，可提高整个系统的可靠性; 太阳电池阵发出的电能经很短的距离即可实现电力调节和为微波装置供电，电力损耗小，所需导线大大减少。其缺点是为了实现系统的高效率，必须采用聚光系统，系统控制复杂，难以提供LEO 到GEO 轨道运输所需的大功率电能; 太阳电池阵的面积受发射天线面积限制，系统功率的扩展很难。
四、空间太阳能电站面临的挑战
目前建设空间太阳能电站首先是技术难题。空间太阳能电站是一个巨大的工程，对于现有的航天器技术提出了很大挑战：规模大，质量达到万吨以上，比目前的卫星高出4个数量级，需要采用新材料和新型运载技术；面积达到数平方公里以上，比目前的卫星高出6个数量级，需要采用特殊的结构、空间组装和姿态控制技术；功率大，发电功率为吉瓦，比目前的卫星高出6个数量级，需要特别的电源管理和热控技术；寿命长，至少达到30年以上，比目前的卫星高出一倍
以上，需要新材料和在轨维护技术；效率高，需要先进的空间太阳能转化技术和微波转化传输技术。
以1G瓦（100万千瓦）的空间太阳能电站为例，需要10平方公里的空间太阳能光伏板，其重量约相当于3000吨~4000吨，而这个重量相对于当前的火箭发射技术尚有难度。据其介绍，目前最大的在轨物体为美国的国际空间站，其重量也不过400吨左右；而中国目前的火箭发射重量也不大，按照4000吨的重量，则需要发送50次以上，之后的空间组装技术也是一大难题。
其次是成本问题。有专家估算，目前地球同步轨道每公斤的发射成本高达10万元左右，建设一个天基太阳能发电站需要耗资3000亿至10000亿美元。根椐有关方面分析，要使空间太阳能发电具有实际应用价值，需要将地球同步轨道每公斤的发射成本降至为0.13万元左右，即要求运载器每公斤的发射成本下降2个数量级。在新概念、新技术和大规模商业化之前，收入难以补偿整个系统的建造和运行成本。
再次是环境影响。大功率无线能量传输对于天文、大气、生物系统、电磁系统、地面利用、航天操作人员、静止轨道卫星等可能存在一定影响。
最后是运行问题。空间太阳能电站运行中还有许多问题，其中包括需采取相应措施对波束进行安全控制问题、对于飞行器的影响、空间碎片可能对空间太阳能电站造成局部损害、易攻击性、可能成为空间垃圾等。此外，还有轨道和频率、产能、发射能力等问题。
五、空间太阳能电站对构建全球能源互联网的影响
空间太阳能电站采用无线方式从太空向地面传输能量，从经济角度来看，接收端必将建设在负荷中心附近，稍微调整太空能量束的发射角度即可实现能量在地面的远距离转移，因此，空间太阳能电站一旦投运将削弱地面远距离输电的必要性，不利于特高压电网建设。不过，空间太阳能电站还存于实验研究阶段，距商业化应用还有较远距离，中短期对全球能源互联网建设没有实质影响。
太阳能电池发展现状综述 摘要：随着社会的发展，传统能源消耗殆尽,能源越来越收到重视。其中发展前景最为广阔的莫过于太阳能。太阳能绿色环保，因此逐渐受到了人们的普遍重视。太阳能已成为新能源领域最具活力的部分，世界各国都致力于发展太阳能。本文主要阐述了太阳能电池的发展历程，太阳能电池的种类，太阳能电池的现状以及发展前景. 关键词：太阳能电池；太阳能电池种类；发展现状； Narration on the Current Situation of Solar Battery Abstract:With the development of society, traditional energy will be used up in a short time.Eneygy are being payed more and more attention.And the solar energy is the most promising.Because of its’environmental protection,it gets widespread attention. Solar energy has become the most vibrant part among the new energy field,and all countrise tried their best to develop solar energy.This article mainly explains the development of solar battery,the types of solar battery,curent situation of solar battery and its’ prospect. Key Words:solar battery; types of solar battery; curent situation of solar battery 1引言 随着经济的发展，能源的重要性日趋凸显。但是石油、煤等不可生起源消耗殆尽，人们开始探索新的能源。太阳能取之不尽用之不竭，因此受到了人们的亲睐。在太阳能电池领域中，太阳能的光电利用是近些年来发展最快、最具活力的研究领域[1]．太阳能电池的研制和开发日益得到重视．制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础．其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生的光电子转化反应。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：①硅太阳能电池；②以无机盐如砷化镓Ⅲ一V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；③纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：①半导体材料的禁带不能太宽；②要有较高的光电转换效率；③材料本身对环境不造成污染；④材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料[2]．这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因. 本文简要地综述了太阳能电池发展进程，太阳能电池的种类，以及发展现状，并讨论了太阳能电池的发展趋势。 2太阳能电池现状及其前景
B.不可再生能源；一次能源 D.化石能源；一次能源 全球能源互联网题库 一、单选题 1、 全球能源资源主要有煤炭、石油、天然气等（）和水能、风能、太阳 能、 海洋能等（）。 A.一次能源；二次能源 C.化石能源；清洁能源 答 案：c 2、 受电网输电能力等因素限 制，电力主要以 （）平衡为主。 A.国内和区域内 B.区域内 C.洲内 D.国内 答案：A 3、 北极地区（）资源丰富且分布广，技术可发量约1000亿千瓦。 A.水能 B.太阳能 C.风能 D.海洋能 答案：c 4、 （）是相对清洁的化石能源。 A.煤炭 B.石油 C.天然气 D.沼气 答案：c 5、 北极圈及其周边地区（）资源十分丰富，简称“一极， A.风能 B.太阳能 C.水能 D.天然气 答案：A 6、 （）是全球互联程度最高的洲际电网。 A.欧洲电网 B.亚洲电网 C.美洲电网 D.欧亚电网 答案：A 7、 中国（）太阳能资源比很多低纬度地区丰富。 A.甘肃北部 B.宁夏北部 C.新疆 D.青藏高原 答案：D 8、 （）是亚洲理论装机容量最大的水电基地。
A.长江 B.黄河C?恒河D.印度河 答案：A 9、能源供应面临的挑战是总量增长、（）、供应成本。 A.供应类型B资源制约C全球气候变暖D.生态环境破坏 答案：B 10、适应清洁能源大规模开发需要，应加快构建（）。 A.智能电网B特高压电网C全球电力高效配置平台D洲际电网 答案：C 11、能源供应是影响能源发展的重要经济因素，目前化石能源与清洁能源成本总体呈现出（）的趋势。 A.共同上升B共同下降C. 一升一降D. —降一升 答案：C 12、根据国际能源署预测，从2000年到2030年，世界一次能源需求增长的60%以上将来自（）。 A.北美地区 B.欧洲地区 C.发展中国家 D.南美地区 答案：C 13、中国石油对外依存度已超过（）。 A. 70% B. 60% C. 80% D. 75% 答案：B 14、现阶段，世界（）规模有限，不能适应未来能源清洁化发展要求。 A.电力生产 B.电力输送 C.电力开发 D.电力配置 答案：D 15、提高（）在终端能源消费中的比重，可以增加经济产出，提高全社会整体能效。 A.电能 B.石油 C.煤炭 D.天然气 答案：A
全球能源互联网知识测试 一、单选 1.全球清洁能源资源丰富，水能资源超过（）亿万千瓦，陆地风能资源超过（）亿千 瓦，太阳能资源超过（）亿千瓦。A A．100 1万100万 B. 100 100万1万 C. 100万100 1万 D. 1万100 100万 2.（）是实施“两个替代”的关键。D A．智能电网 B. 特高压电网 C. 可再生能源 D. 全球能源互联网 3.截止2013年，全球煤炭、石油、天然气剩余探明可采储量分别为8915亿吨、2382亿 吨和186万亿立方米，折合标准煤共计1.2万亿吨，全球煤炭、石油和天然气分别可开采（）年，（）年和（）年。D A．53 55 113 B. 55 53 113 C. 113 55 53 D. 113 53 55 4.目前,全球能源生产与消费结构目前仍以（）为主，清洁能源和电力比重增长较快； 由于能源分布不均衡，能源供需分离程度不断加深，全球能源贸易不断扩大。A A．化石能源 B. 可再生能源 C. 清洁能源 D. 分布式能源 5.（）是相对洁净的化石能源。世界天然气资源分布很不均匀。天然气资源主要集中在 中东、欧洲及欧亚大陆地区。B A．煤炭 B. 天然气 C. 石油 D. 风能 6.（）又称为天然气水合物，具有储量丰富、能量密度大、燃烧利用污染排放少等优点， 通常分布海洋大陆架外的陆坡、深海、深湖及永久冻土带上。中国已先后在南海、东海及青藏高原冻土带发现。页岩质地坚硬，具有孔隙度小、渗透率低等特点。目前全球只有美国等少数国家实现了大规模开发。A A．可燃冰 B. 石油 C. 天然气 D. 页岩气 7.目前，风电是全球增长速度最快的清洁能源发电品种之一，已经成为仅次于水电、核电
能源互联网背景下综合智慧能源的发展 行宇2016.09.18 什么是能源互联网？能源互联网可以理解为:“综合运用先进的电力电子技术, 信息技术和智能管理技术, 将大量由分布式能量采集装置, 分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型 电力网络、石油网络、天然气网络等能源节点互联起来, 以实现能量双向流动的能量对等交换与共享”。能源互联网有三大内涵：从化石能源走向可再生能源；从集中式产能走向分布式产能；从封闭走向开放。这也意味着，未来能源行业的发、输、用、储及金融交易等环节都将会发生巨大变化。 实际上，能源互联网看似美好，但具体操作起来，从电网公司、发电企业、专门的调度机构等电力从业者，到国家发展改革委、国家能源局等监管部门，都会觉得很头疼。因为新的电力价值链需要新的技术，更需要新的体制以及商业模式来支撑，而这恰恰都是目前能源行业所缺乏的。 综合能源系统是能源互联网的重要物理载体，根据地理因素与能源发/输/配/用特性，综合能源系统分为跨区级、区域级和用户级。区域综合能源系统是探究不同能源内部运行机理、推广能源先进技术的前沿阵地，具有重要的研究意义；稳态分析是该领域研究的基础，是探究多能互补特性、能量优化调度、协同规划、安全管理等方面的核心所在。
综合智慧能源只做一件事情，就是用积极的方式开发建设全新的综合能源，运用互联网创新技术让综合能源系统拥有智慧。综合智慧能源以功能区为单元，对不同能源品种，提供一体化解决方案，实现横向“电热冷气水”多类能源互补，纵向“源网荷储用”多种供应环节的生产协同、管廊协同、需求协同以及生产和消费间的互动。 一、综合智慧能源解决的问题 《关于推进“互联网＋”智慧能源发展的指导意见》提出，“互联网＋”智慧能源（能源互联网）是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态，对提高可再生能源比重，促进化石能源清洁高效利用，推动能源市场开放和产业升级具有重要意义“。同时明确能源互联网建设的10大重点任务，一是推动建设智能化能源生产消费基础设施。二是加强多能协同综合能源网络建设。三是推动能源与信息通信基础设施深度融合。四是营造开放共享的能源互联网生态体系，培育售电商、综合能源运营商和第三方增值服务供应商等新型市场主体。五是发展储能和电动汽车应用新模式。六是发展智慧用能新模式。七是培育绿色能源灵活交易市场模式。八是发展能源大数据服务应用。九是推动能源互联网的关键技术攻关。十是建设国际领先的能源互联网标准体系。 作为区域综合能源系统的典型能源形式，源端与受端的能源多样化发展以及能源传输与设备的革新促使能源系统进一步耦合。简单的讲综合智慧能源=多类供能技术集成+分布式能源+互联网技术的创新。本
全球能源互联网 第一章 1.19世纪中叶，能源以薪柴为主，工业革命的推进，煤炭比重大，60年代,石油成为世界 第一大能源，1973年石油比重达到峰值，近20年世界能源形成煤炭、石油、天然气三分天下。 2.全球能源资源主要有煤炭、石油、天然气等化石能源和水能、风能、太阳能、海洋能 等清洁能源。 3.截至2013年，全球煤炭可开采113年，石油可开采53年，天然气可开采55年。 4.水能资源主要分布在亚洲、南美洲、北美洲、非洲中部；风能资源主要分布在北极及 其附近地区与亚洲、欧洲、北美洲的高纬度地区；太阳能资源主要分布在东非、北非、中东、澳大利亚、智利等赤道附近的中低纬度地区。 5.全球能源消费呈现总量和人均能源消费量持续“双增”态势。亚太地区逐渐成为世界能 源消费总量最大、增速最快的地区。 6.全球能源贸易以石化能源为主，总量稳步增加。石油是全球贸易量最大的能源品种。石 油是支撑现代工业体系的主导能源，世界石油资源分布中东、中南美和北美地区石油资源最为丰富。 7. 8.石化能源主要是指煤炭、石油、天然气等由远古生物质经过亿万年演化形成的不可再生 资源。 9.煤炭是世界上蕴含量最丰富的化石能源。煤炭国际贸易以海运为主。亚太地区市场的煤 炭出口国主要有澳大利亚、印度尼西亚等，进口国主要有中国、日本、韩国、印度等； 欧美大西洋市场出口国主要有南非、俄罗斯等，进口国主要有英国、法国、德国等。 10.全球天然气产量持续增长，欧洲及欧亚大陆和北美是主要产区，目前，美国、俄罗斯 和中东是世界天然气产量最多的国家和地区。2013年中国天然气产量1170.5亿立方米，位居世界第六位。 11.非常规油气主要包括重油、油砂、页岩油等。非常规天然气包括可燃冰、页岩气、煤 层气、致密砂岩气、浅层生物气、水溶气、无机成因气等，全球可燃冰资源总量约为20000万亿立方米，全球页岩气主要分布在亚洲、北美洲等地区。 12.清洁能源主要包括水能、风能、太阳能、核能、海洋能、生物质能等。水能资源蕴含量 前五位：中国、巴西、印度、俄罗斯、印度尼西亚；水能可开发量前五位：中国、俄罗斯、美国、巴西、加拿大。 13.未来大型水电基地的开发重点集中在亚洲、非洲和南美洲等地区。中国是世界上谁能资 源最为丰富的国家。从各大洲看，2013年水电装机容量最大的是亚洲，达到3.7亿千瓦。 从国家看，水电装机容量前五位国家：中国、美国、巴西、加拿大、俄罗斯。亚洲前三：中国、俄罗斯、日本，北美洲：美国、加拿大、墨西哥，南美洲：巴西、委内瑞拉、哥伦比亚，欧洲：挪威、法国、意大利，非洲：埃及、民主刚果、莫桑比克，大洋洲：澳大利亚、新西兰、巴布新几内亚。 14.亚洲风能资源理论蕴藏量500万亿千瓦·时/年，主要分布在俄罗斯、中国、哈萨克斯 坦等国家。中国风能资源主要集中在“三北”地区（西北、东北、华北）、东南沿海及附近岛屿。欧洲风能在丹麦、挪威等北欧国家；北美洲风能在美国、加拿大、墨西哥等国家；南美洲风能在巴西、阿根廷、智利等国家；非洲风能在苏丹、索马里、埃及等国家；大洋洲风能资源在澳大利亚、新西兰等国家。 15.目前，风能是全球增长速度最快的清洁能源发电品种之一，已经成为仅次于水电、核电 的第三大清洁能源发电品种。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/e96087773.html, 太阳能电池的发展历史 作者：张金晶 来源：《商情》2016年第26期 【摘要】相对于风能、地热能、生物能和潮汐能等新能源，太阳能以污染小、可利用率高、资源分布广泛和使用安全可靠等优点，成为最具有发展前景的能源之一。目前，随着太阳能电池制备技术的不断完善，其技术的开发应用已经走向商业化、大众化，特别是一些小功率、小器件的太阳能电池在一些地区都已经大量生产而且广泛使用。所以谁先开发光电转换效率高、制备成本低的太阳能电池就能在将来的市场抢占先机。 【关键词】太阳能单晶硅薄膜电池 引言：随着社会的飞速发展，能源是影响当今社会进步的重要因素，但是现阶段人类社会发展大部分还是依靠化石能源提供能量。可是化石能源分布极不均衡，并且不可再生，而且燃烧化石能源带来的环境污染、雾霾气候和温室效应严重影响到了人类社会的可持续发展。然而太阳能是一种可再生清洁能源，可以提供充足的能量供人类使用，因此开发新能源，是人类社会薪火相传，世代相传的重要保证。 此外，不可再生能源的过快消耗对当今的环境形势提出了新的挑战。例如如何解决温室效应，臭氧空洞等问题。有限的化石能源以及在开发利用不可再生能源的过程中出现的负面影响，不仅阻碍了人类经济的飞速发展，而且还严重影响到社会的可持续发展。因此，发展一种新型能源已然成为世界各国提升自己综合国力和倡导能源发展的一个重要手段。 1. 第一代太阳能电池 第一代太阳能电池是发展时间最久，制备工艺最为成熟的一代电池，一般按照研究对象我们将其可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅电池。按照应用程度来说前两者单晶硅与多晶硅在市场所占份额最多，商业前景最好。 单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池。从单晶硅太阳能电池发明开始到现在，尽管硅材料有各种问题，但仍然是目前太阳能电池的主要材料，其比例约占整个太阳电池产量的90%以上。我国北京市太阳能研究所从20世纪90年代起开始进行高效电池研究，采用倒金字塔表面织构化、发射区钝化、背场等技术，使单晶硅太阳能电池的效率达到了19.8%。多晶硅太阳能电池的研究开发成本较低，稳定性也比较好，这两大优势引起了科研工作者的注意。其光电转换效率随着制备工艺的成熟不断提高，它达到的最高的光电转换效率为21.9%，但是它的电池效率在目前的太阳能电池中仍处于一般水平。 2.第二代太阳能电池
太阳能电池发展现状及存在的主要问题 晨怡热管2008-10-17 23:05:45 一、2005年国际太阳能电池产业发展情况 2005年，世界太阳能电池总产量1656MW，其中日本仍居首位，762M W，占世界总产量的46％，欧洲为464M W，占总产量的28％，美国156M W，占总产量的9％，其他274MW，占总产量的17％。 2004年全球前14位太阳能电池公司总产量达到1055MW，占当年世界总产量的88.3％，近五年来，日本Sharp公司一直领先，2004年产量达到324MW，见表1。
以2004年数据分析，各种太阳能电池中硅基太阳能电池占总产量的98％，晶体硅太阳能电池占总产量的84.6％，多晶硅太阳能电池占总量的56％，见表2。
2005年，世界光伏市场安装量1460M W，比2004年增长34％，其中德国安装最多，为837MW，比2004年增长53％，占世界总安装量的57％；欧洲为920MW，占总世界安装量的63％，日本安装量292M W，增幅为14％，占世界总安装量的20％；美国安装量为102MW，占世界总安装量的7％，其他安装量为146M W，占世界总安装量的10％。
至2005年全世界光伏系统累计安装量已超过5GW，2005年一年内投资太阳能电池制造业的资金超过10亿美元。现在，一个世界性的问题是制造太阳能的电池的硅原材料紧缺，尽管2005年全世界硅原材料供应增长了12％，但仍然供不应求，国际上长期供货合同抬价25％。持续的硅材料紧缺将对2006年太阳能电池生产产生较大的影响，预计2006年世界太阳能电池产量的增幅将不限制在10％左右。要解决硅材料的紧缺问题预计将需要5年以上的时间。 根据光伏市场需求预测，到2010年，全世界光伏市场年安装量将在3.2G到3.9GW之间，而光伏工业年收入将达到186美元到231亿美元。 日本和欧美各国都提出了各自的中长期PV发展路线图。 按日本的PV路线图（TV Roadmap 2030），到2030年PV电力将达到居民电力消耗的50％（累计安装容量约为100GW），具体的发展目标见表3和表4。
《物理演示实验》结课论文题目：太阳能电池的发展与趋势 学生姓名： 学号： 专业班级： 2013年 5月25日
摘要：现代社会应是节约型的社会，而社会生活也应是节约能耗的生活。而太阳能作为一种取之不尽的新型环保能源已成为世界各国世界上能源探究工作中的一个重要课题。是我国在经济目前状况下采取的较为简单、经济、环保、可靠的节能办法。近些年，随着我国经济的飞速发展、科技水平的快速提升，太阳能技术已逐渐普及、应用到各个行业领域乃至人们的生活中，而市面上也涌现出了大量的太阳能热水器、太阳能发电设备、太阳能照明器具等产品。其中，太阳能电池的应用，不仅充分发挥了太阳能技术环保、节能、可再生的特点，同时也有效满足了当代社会发展、科技进步的需求。本文就太阳能电池新发展的新概念及新的方向作简要的分析、探讨。 关键字：太阳能新能源太阳能电池 一、引言 太阳内部进行着剧烈的由氢聚变成氦的核反应，并不断向宇宙空间辐射出巨大的能量，可以说是“取之不尽、用之不竭”的能源。地面上的太阳辐射能随时间、地理纬度、气候变化，实际可利用量较低，但可利用资源仍远远大于满足现在人类全部能耗及2100年后规划的能源利用量?。地球上太阳能资源一般以全年总辐射量[kJ/(m^2·年)]和全年日照总时数表示。就全球而言，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大，为世界太阳能资源最丰富地区。我国陆地面积每年接收的太阳辐射总量3．3×10^3～8．4×10^6 kJ/(m^2·年)之间，相当于2．4×10^4亿t标煤，属太阳能资源丰富的国家之一。全国总面积2／3以上地区年日照时数大于2200h，日照在5×10^6kJ/(m^2·年)以上。我国西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原的总辐射量和日照时数均为全国最高，属太阳能资源丰富地区；除四川盆地、贵州资源稍差外，东部、南部及东北等其他地区为资源较富和中等区，所以在我国太阳能有很大的发展前景。 随着新型太阳能电池的涌现，以及传统硅电池的不断革新，新的概念已经开始在太阳能电池技术中显现，从某种意义上讲，预示着太阳能电池技术的发展趋势。通过对太阳能电池的发展背景、现状进行分析，可将太阳能电池发展的新概念、新方向归纳为薄膜电池、柔性电池、叠层电池、以及新概念太阳能电池。 二、太阳能电池概况 1、太阳能电池定义 太阳能电池就是把太阳光转化为电的一种器件，在一般的情况下（注意条件），太阳能电池 的效率随光强增加而增加的。再进一步说就是太阳能电池效率和安装地的综合气候条件有关系。2、太阳能电池的分类 不同的材料对光的吸收系数不同，禁带宽度也不同，量子效率自然也不同，电池效率自然也 不同了。一般来说，单晶硅/多晶硅对光的系数系数远小于非晶硅的，所以非晶硅太阳能电池厚度仅仅有单晶硅/多晶硅厚度的百分之一即可较好的吸收太阳光。另外理论上讲GaAs太阳能电池的极限效率要大于其他太阳能电池的极限效率，因为GaAs太阳电池的禁带宽度在1.4ev，和地面太阳光光谱能量的最值最为接近。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池3、功能高分子材料制备的太阳能电池4、纳米晶太阳能电池等。硅是最理想的太阳能电池材料，这是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。在以上电池中单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟，光电转化效率可达23.3%。随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它材料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。目前国际成本大规模生产技术的研究主要集中在多晶硅、大面积薄膜非晶硅、CdTe电池、CIS 电池的制造技术、III-V族化合物半导体高效光电池，非晶硅及结晶硅混合型薄膜光电池等方面。 三、太阳能电池发展综述 长期以来，世界各国在大力发展经济的同时，各行业领域的过度生产消耗了大量的能源，倘若继续按照此种趋势发展，在未来的五十年里，能源危机将是影响人类生活、阻碍社会进步的首要问题。目前，不同国家、地区、种类的全部能源中，能够使用的化石能源占90%以上，若是以现阶段世界各国的能源消耗状态发展到二十一世纪的中期，可供使用的能源储备、化石能源所占比例将减少近50%，之后的能源需求必将是以可再生能源、核能为主。基于此种趋势，预计到2100年，在人类所使用的能源中，可再生资源将占有30%以上。可供开发、使用的可再生能源主要有地热能、生
能源互联网发展趋势及展望 一、导论 能源互联网是互联网技术、能源技术与现代电力系统的结合，是信息技术与能源电力技术融合发展的必然趋势。因此如果以开放、互联、对等、分享的原则对电力系统网络进行重构，可以提高电网安全性和电力生产的效率，使得能源互联网内可以跟互联网一样信息分享无比便捷。在能源互联网提出来前，智能电网概念已经得到业内认可，智能电网的理论都已经非常成熟，从手段、理念到目标都非常清晰。正因如此，去年国家发改委和能源局出台了智能电网的有关指导性文件。 在智能电网的基础上，让互联网和智能电网深度融合，才会走向能源互联网。能源互联网不能简单认为是能源修饰互联网。如果简单从字面理解，能源互联网更多指向二次能源甚至新能源的互联网，这不全面。能源互联网应该是让包括新能源、非化石能源在内的更多的创新性能源技术，在互联网背景下的信息时代，整合得更坚实有力。能源互联网是互联网理念在能源领域的应用，但其并非能源与互联网的简单相加，而是一种新型的信息与能源深度融合的“广域网”，它以现有的大电网作为“主干网”，并以微网和分布式能源等能量自治单元为“局域网”，构建开放、互联、对等和分享的信息与能源一体化架构，以真正实现能量的按需分配与动态平衡使用，最大限度地灵活接入分布式可再生能源。通过信息化和智能化，智能电网力图在一定程度上解决电力系统自身的问题，提高设备的利用率、安全可靠性、电能质量等等，而能源互联网的基本出发点则是要解决未来大规模分布式能源和可再生能源与用户之间的开放互联问题，互联式的电网是最可行的方式。因此，能源互联网的核心在于能量的交换，信息通信控制是为了更好地支撑，信息物理融合在能源互联网中也非常重要。 形象地说，其实未来能源互联网的场景也很容易理解，就是源的极端动态（如间歇性的可再生能源达到50%以上）、负载动态加上个性化需求（如电能质量等），那么应如何构建能源互联网？能源互联网在一定程度上可以借鉴互联网的理念和技术，实现能量的交换。事实上，互联网从一开始面对的就是这样的需求——信息随时要求开放的接入（“源”是动态且开放的）、用户要求随时随地获取信息（“用”是动态且内容不断变化的），而且互联网需求的增长也非常迅速，应该说互联网架构演进到今天，虽然还存在很多问题，但基本上满足了这样的需求。 二、用户端 能源互联网，首先用户端就要联上网。“智能电表”的概念应运而生。智能电表是什么？智能电表是智能电网的智能终端和数据入口，为了适应智能电网，智能电表具有双向多种费率计量、用户端实时控制、多种数据传输模式、智能交互等多种应用功能。智能电表在智能电网数据资源整合中扮演着重要角色。在国家的“十二五”规划明确提出，物联网将会在智能电网、智能交通、智能物流等十大领域重点部署，其中智能电网总投资预计达2万亿元，位居首位。2015年8月，发改委7个物联网立项中首个验收工程“国家智能电网管理物联网应用示范工程”验收成功。之后国家能源局印发的《配电网建设改造行动计划(2015—2020年)》提出“推进用电信息采集全覆盖”、“2020年，智能电表覆盖率达到90%”以及“以智能电表为载体，建设智能
太阳能电池的种类特点及发展趋势 一、种类 按照材料分类 ?硅太阳能电池：以硅为基体材料（单晶硅、多晶硅、非晶硅） ?化合物半导体太阳能电池：由两种或两种以上的元素组成具 半导体特性的化合物半导体材料制成的太阳能电池(硫化镉、 砷化稼、碲化镉、硒铟铜、磷化铟) ?有机半导体太阳能电池：用含有一定数量的碳－碳键且导电 能力介于金属和绝缘体之间的半导体材料制成的电池(分子 晶体、电荷转移络合物、高聚物) 单晶硅太阳电池 特点 硅系列太阳能电池中，单晶硅的光电转换效率最高，技术也最成熟，高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关成熟的加工工艺基础上。提高转换效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。单晶硅太阳能电池的转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍旧占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本据高不下，严重影响了其广泛应用。 单晶硅太阳能电池的特点是对于大于0.7μm的红外光也有一定的灵敏度。以p型单晶硅为衬底，其上扩散n型杂质的太阳能电池与n型单晶硅为衬底的太阳能电池相比，其光谱特性的峰值更偏向左边（短波长一方）。它对从蓝到紫色的短波长（波长小于0.5μm）的光有较高的灵敏度，但其制
法复杂，成本高，仅限于空间应用。此外，带状多晶硅太阳能电池的光谱特性也接近于单晶硅太阳能电池的光谱特性。 1. 多晶硅太阳电池 特点 单晶硅太阳能电池的缺点是制造过程复杂，制造电池的能耗大。为解决这些问题，用浇铸法或晶带法制造的多晶硅太阳能电池的开发取得了进展。在1976年证明用多晶硅材料制作的太阳能电池的转换效率已超过10%，对大晶粒的电池，有报道效率可达20%。这种低成本的多晶硅太阳能电池已经大量生产，目前，它在太阳能电池工业中所占的分额也相当大。 但是多晶硅材料质量比单晶硅差，有许多 晶界存在，电池效率比单晶硅低； 晶向不一致，表面织构化困难。 单晶、多晶与非晶的区别 多晶：短程有序（团体有序），成百上千个原子尺度，通常是在微米的量 铸造多晶硅 ?结晶形态分 单晶硅 多晶硅 非晶硅 高纯多晶硅 薄膜多晶硅 带状多晶硅 区熔单晶硅 直拉单晶硅
智慧能源系统发展历程及未来前景介绍智慧能源系统发展历程及未来前景介绍近年来，我国电力消耗 持续增长，工业用电和商业用电都在丌断增加，这也直接提高了生产和生活成本，同时在电力使用中也存在着丌必要癿浪费现象。 针对以上问题我国逐渐兴起了智慧能源解决方案，智慧能源一般借劣能源互联网，将电、水、气等能源数据化，利用 IPv6、大数据、云计算等互联网技术，将能源产业互联网化，劢态管理能源生产、传输和消费，达到提高效率、节能减排等作用。 而智慧能源系统在电力节能上尤为突出，近几年已经得到广泛癿应用。 我国用电量持续增长限电和节能成为首要问题随着我国经济癿快速增长，国民用电需求也持续走高，2019 年，全社会用电量首次突破 6 万亿千瓦时大关，达到 6.3077 万亿千瓦时，同比增长6.6%，电力消费达到 3 万亿以上，这也创造了新高。 表 1 2010-2019 年全国用电量及增速（单位亿瓦时/%）（资料来源： 中国电力年度发展报告）然而在电力大规模应用之后也相应癿面临着一些问题。 目前我国电力消耗还是以第二产业为主，我国工业生产中癿耗电占到了相当大癿一部分。 在用电高峰电力短缺癿环境下，对高耗能产业癿影响整体上是负 面癿，而且部分缺电严重癿省市高耗电企业可能面临拉闸限电癿风.
险。 根据国家能源局对投入产出癿多个行业电力消耗情冴迚行测算，结果显示除电力行业自身外，钢铁、建材、有色、化工和石化等亓大行业是中国耗电最高癿亓个行业，这些行业面对电荒将首当其冲，成为拉闸限电癿重点对象，一旦对企业限电，将会极大地打乱企业癿生产规划，企业将会受到一定癿经济损失。 此外，在工业生产中癿用电成本也给企业造成了一定癿负担，而电力成本丌仅表现为直接消耗癿影响，而且还可以通过产业链癿价格传导对行业成本产生影响。 如化工行业对电力癿完全消耗，丌仅包括生产过程中直接消耗癿电力，还涉及到产业链上游电力消耗包括： 基础化学、石油、燃料、电力、采矿业，这些电力成本都会间接承压到生产企业。 长此以来，解决电力限制，降低用电成本也成为企业必须解决癿难题。 除了工业用电外商用和民用电力也面临着一些困扰，目前一些园区、校园、医院、机场、居民住宅区等大型公共区域也急需解决电力消耗过大、用电成本较高癿难题。 目前我国电力实行峰谷分时电价，峰时和谷时价格相差较大，以江苏省为例，峰时电价 1.0697 元/度，平价 0.6418元/度，谷时电价 0.3139 元/度，峰谷电价相差 3 倍多，而这些大型公共区域用电高峰也主要集中在峰时，这也带来一笔额外癿开支。
太阳能电池片生产技术的发展和趋势 LED光伏电子项目部 2009/2/22
1太阳能电池片的生产工艺 1.1太阳能电池的工作原理 典型的太阳电池本质上是一个大面积半导体二极管，它利用光伏效应原理把太阳辐射能转换成电能。当太阳光照射到太阳电池上并被吸收时,其中能量大于 禁带宽度Eg的光子能把价带中电子激发到导带上去，形成自由电子,价带中留下带正电的自由空穴，即电子-空穴对，通常称它们为光生载流子。自由电子和空穴在不停的运动中扩散到pn结的空间电荷区,被该区的内建电场分离电子被扫 到电池的n型一侧，空穴被扫到电池的p型一侧，从而在电池上下两面(两极) 分 别形成了正负电荷积累，产生“光生电压”,即“光伏效应”（photovoltaic effect）若在电池两侧引出电极并接上负载,负载中就有“光生电流”通过，得到可利用的电能,这就是太阳电池的工作原理，如图1所示。 图1太阳电池的工作原理 光伏效应是1839年法国Becqueral第一次在化学电池中观察到的。1876年在固态硒(Se)的系统中也观察到了光伏效应,随后开发出Se/CuO光电池。硅光电池 的报道出现于1941年1954年，贝尔实验室Chapin等人开发出效率为6%的单晶硅光电池，为太阳能光伏发电奠定了技术基础，成为现代太阳电池时代的划时代标志。作为能源,硅太阳电池于1958年首先在航天器上得到应用。在随后10。多年里,硅太阳电池在空间应用中不断扩大，工艺不断改进,电池设计逐步定型。70 年代初，许多新技术引入电池制造工艺,转换效率有了很大提高。与此同时,硅太阳电池开始引入地面应用，70年代末，地面太阳电池产量已经超过了空间电池产 量,促使成本不断降低。80年代初，硅太阳电池发展进入快速发展时期，技术进步和研究开发使太阳电池效率进一步提高，商业化生产成本持续降低，应用不断 扩大。在太阳电池的整个发展历程中,先后开发出各种不同结构的电池，如肖特基(MS)电池、MIS电池、MINP电池、异质结电池等，其中同质p2n结电池自始 至终占着主导地位，其他结构电池对太阳电池的发展也产生了重要影响。在材料 方面,有晶硅电池、非晶硅薄膜电池、铜铟硒(CIS)薄膜电池、碲化镉(CdTe)薄膜电池、砷化镓薄膜电池等，由于薄膜电池被认为是未来大幅度降低成本的根本出
能源互联网概念和发展分析 人类的生存和发展离不开能源，其推动着经济发展和社会进步，每一次工业革命都伴随着能源类型的变化和能源使用方式的革新。目前，第三次工业革命正在世界范围内发生，而能源互联网是第三次工业革命的核心之一。以深入融合可再生能源与互联网信息技术为主要特征的能源互联网是未来能源行业 发展的方向，将成为开启能源革命的重要战略支点[1-3]。 目前，对能源互联网的概念及特征有多种理解及认知，为了辨识能源互联网的概念与特征，有效推进能源互联网实质性发展，有必要深入辨析能源互联网的概念、辨识能源互联网的特征。 本文首先调研分析了能源互联网的发展过程，提出到目前为止能源互联网大致经过3个发展阶段；进而，从3个角度对比剖析能源互联网的基本内涵，提出了能源互联网的定义；最后，给出了能源互联网的4层组成构架与两大分类，进一步对能源互联网进行特征辨识。 1 能源互联网发展历程 1.1 能源互联网概念孕育及提出阶段 能源互联网概念孕育及提出阶段始于20世纪70年代。巴克敏斯特·富勒首先提出“全球能源互联网战略”。1986年，彼得·迈森创立了Global Ener gy Network Institute（GENI-全球能源网络学会），旨在通过国与国之间的电力输电线路充分利用全球丰富的可再生能源[4]。20世纪80年代，清华大学
前校长高景德提出了现代电力系统是一个深度融合的系统，其将深度融合计算机技术、通信技术、控制技术与电力电子技术。 能源互联网概念孕育及提出阶段仅提出了能源互联网的初步概念及愿景，缺少对能源互联网内涵、结构、特征和形态等方面的探讨。 1.2 能源互联网系统结构及功能研究阶段 2004年3月11日，《经济学人》发表了《建设能源互联网》[5]，首次提出了基于互联网特点及技术建设智能化、自动化、自愈化的能源互联网。这是能源互联网系统结构及功能研究阶段的起点，标志着现代能源互联网研究的开始。 2008年，德国联邦政府发起E-Energy项目，致力于建设高效的能源系统，主要通过ICT技术实现能源的生产、传输、转换、应用和储能全环节的智能化，德国成为首个实践能源互联网的国家[6-7]。2008年，美国北卡州立大学启动“未来可再生电能传输与管理系统”项目，研究高效智能化的配电系统，可有效支撑高渗透率分布式可再生能源的接入以及分布式储能的并网，并将其称为能源互联网[8-10]。2010年，日本开始实施“数字电网”计划，通过该计划的实施试图建立一种新型能源网[11-12]，能源网络中各种设备可以通过IP来实现信息和能量的传递。2010年，瑞士联邦政府能源办公室和产业部门发起Vision of Future Energy Networks，重点研究多能源传输系统的利用和分布式能源的转换和存储[13-14]。
能源互联网产业发展浅析 国网能源研究院 能源互联网研究所 能源科技和数字化创新正在改变能源及相关产业的传统价值链，并引领能源互联网构建。能源互联网产业涵盖发电领域、输配电领域、智能储能领域、智能用电领域、能源交易领域和能源管理领域。随着能源网络的发展和需求侧消费者的广泛参与，能源产业链将发展成为以消费者用能需求为核心的新型市场生态网络，越来越多传统能源产业链之外的企业将进入这一新兴市场，渗透到传统能源服务以外的价值高地。 一、我国能源互联网产业规模 随着我国可再生能源相关产业链增加值增高、物联网发展带动能源产业GDP 提升、微网市场大规模增长以及能效提升领域投资新增，将为能源互联网产业带来巨大的市场增量。根据相关数据，2017年我国能源互联网市场规模为7950亿元。图1是对2019―2023年中国能源互联网产业市场规模的预测，预计2019年将达到9420亿元，2020年将突破万亿元，2019—2023年年均复合增长率约为8.55%。 图1 2019—2023年中国能源互联网产业市场规模预测
二、能源互联网产业的市场主体 当前，我国能源互联网市场主体主要包括传统能源企业、新兴能源企业、互联网企业与衍生机构、生态跨界企业等，各级政府部门通过监管和政策制定，保障市场健康稳定发展。 （1）传统能源企业 传统能源企业挖掘已有资产潜能，转型综合能源服务供应商。电力、石油、天然气等传统能源供应商正在利用大型国企的规模、技术、人才优势，加速企业数字化转型与业务领域创新。在可再生能源、分布式能源、储能技术、信息通信技术应用加速的背景下，传统能源企业通过网络运营模式优化、能源输送能力升级、商业模式创新开拓综合能源服务新业态新模式，对内实现业务在线协同和数据贯通，对外实现效率提升和服务增值。 （案例） 2017年10月，国家电网有限公司印发《国家电网公司关于在各省公司开展综合能源服务业务的意见》，明确提出做强做优做大综合能源服务业务，推动公司由电能供应商向综合能源服务商转变。经过两年多探索，国网公司综合能源服务业务形成了由27家省综合能源服务公司、国网节能服务公司、国网电动汽车公司为实施主体，各大产业、科研单位为支撑的组织体系。结合社会需求和自身特征，重点布局了能效提升与多能供应服务、分布式新能源与新兴用能服务、能源电商与金融服务、能源大数据与产业生态圈衍生服务四大业务领域。同时，国网公司积极发挥能源领域龙头企业的作用，致力于构建综合能源服务平台生态。在行业层面，发起成立了中国综合能源服务产业创新发展联盟；在公司层面，积极推进混合所有制改革。 其他方面，中石油成立电能公司，建设中石油统一购售电平台，借助国际业务拓展石油石化专业化电能服务；中石化投资建设加氢示范站；五大电力集团清洁能源装机比例均接近或超过30%，非水电清洁能源装机比例均超过10%，最高接近20%。国家电力投资集团成立氢能公司；发电企业纷纷成立售电公司。 （2）新兴能源企业 新兴能源企业积极开展先期探索，在园区、公共建筑和城市综合体开拓能源管理服务市场。新兴能源企业利用先进的能源新技术，借助智能化能源网络收集信息，通过节能技术、产品和大数据分析提供能源管理、能效提升解决方案、分
浅谈太阳能电池的发展和趋势 （长江大学物理与光电工程学院湖北荆州434020） 摘要：随着社会的飞速发展，能源是影响当今社会进步的重要因素，但是现阶段人类社会发展大部分还是依靠化石能源提供能量。可是化石能源分布极不均衡，并且不可再生，而且燃烧化石能源带来的环境污染、雾霾气候和温室效应严重影响到了人类社会的可持续发展。然而太阳能是一种可再生清洁能源，可以提供充足的能量供人类使用，因此开发新能源，是人类社会薪火相传，世代相传的重要保证。相对于风能、地热能、生物能和潮汐能等新能源，太阳能以污染小、可利用率高、资源分布广泛和使用安全可靠等优点，成为最具有发展前景的能源之一。目前，随着太阳能电池制备技术的不断完善，其技术的开发应用已经走向商业化、大众化，特别是一些小功率、小器件的太阳能电池在一些地区都已经大量生产而且广泛使用。所以谁先开发光电转换效率高、制备成本低的太阳能电池就能在将来的市场抢占先机。 关键词：太阳能；薄膜电池；趋势 不可再生能源的?^快消耗对当今的环境形势提出了新 的挑战。例如如何解决温室效应，臭氧空洞等问题。有限的化石能源以及在开发利用不可再生能源的过程中出现的负
面影响，不仅阻碍了人类经济的飞速发展，而且还严重影响到社会的可持续发展。因此，发展一种新型能源已然成为世界各国提升自己综合国力和倡导能源发展的一个重要手段。 一、太阳能电池的发展 （一）第一代太阳能电池 第一代太阳能电池是发展时间最久，制备工艺最为成熟的一代电池，一般按照研究对象我们将其可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅电池。按照应用程度来说前两者单晶硅与多晶硅在市场所占份额最多，商业前景最好。 单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池。从单晶硅太阳能电池发明开始到现在，尽管硅材料有各种问题，但仍然是目前太阳能电池的主要材料，其比例约占整个太阳电池产量的90%以上。我国北京市太阳能研究所从20世纪90年代起开始进行高效电池研究，采用倒金字塔表面织构化、发射区钝化、背场等技术，使单晶硅太阳能电池的效率达到了19.8%。多晶硅太阳能电池的研究开发成本较低，稳定性也比较好，这两大优势引起了科研工作者的注意。其光电转换效率随着制备工艺的成熟不断提高，它达到的最高的光电转换效率为21.9%，但是它的电池效率在目前的太阳能电池中仍处于一 般水平。 （二）第二代太阳能电池 第二代太阳能电池以各种薄膜为基底制造出的电池。膜
能源互联网技术发展阶段分析 2016.8
目录 一、引言 (1) 二、能源互联网阶段划分 (1) 2.1 全球能源互联网发展阶段划分 (2) 2.2 国内互联的阶段划分 (3) 2.3 能源互联网架构划分 (4) 三、能源互联网阶段技术分析 (5) 3.1 能源本身的互联阶段 (6) 3.2 信息互联网与能源行业相互促进 (10) 3.3 能源与信息深度融合 (11) 四、结论 (12)
能源互联网技术发展阶段分析 一、引言 第一次工业革命：蒸汽机作为动力机被广泛使用，机器代替了手工劳动，使人类社会对能源需求大大提高。 第二次工业革命：电的发现和利用、内燃机等机械技术的发展直接推动了第二次工业革命，人类这一百多年的文明发展伴随着能源的急速消耗，对能源的需求还在不断增加。 “第三次工业革命”：融合互联网技术和可再生能源技术，构建新型能源供需架构的思路，能源互联网相关技术获得广泛关注。之所以“第三次工业革命”，注以引号，是因为随着美国未来学者杰里米˙里夫金所写的《第三次工业革命》一书提及并着重描绘的能源互联网蓝图引起广泛关注和憧憬。从而逐渐兴起一股能源互联网的讨论热，并且逐步升温成一种预见性的“革命”。即便称之为“革命”，也只是概念性的，因为并不是后世总结。或许，今时今日的我们便是“革命者”，开创一个新革命。 能源互联网，现在被各界誉为能源发展趋势，具有指向性的作用，国内外学者给以不同发展阶段定义，所谓“仁者见仁，智者见智”，本文根据目前国内多数专家、学者的学说，简单谈一下能源互联网的阶段划分，以及现阶段技术发展状况。 二、能源互联网阶段划分 能源互联网是刚刚起步的阶段，也是正在构建蓝图，逐步定义调整的阶段。现阶段能源互联网主要定义为，互联网技术、能源技术与现代电力系统的结合，是信息技术与能源电力技术融合发展的状态。解决可再生能源的有效利用问题, 即借助电力电子技术、信息技术实现各类集中式电源、分布式电源、储能装置、用电单元的能源流、信息流的互联互通，在允许新能源接入的同时，合理分配能源资源以提高能源利用率。 能源互联网是互联网技术提供了可行的技术方案。包含了目前开展的智能电网,分布式发电,微电网等研究,能源互联网在概念、技术、方法上都有一定的独